2020年10月31日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一篇刊登在國際雜誌Cell上題為「Allele-Specific Chromosome Removal after Cas9 Cleavage in Human Embryos」的研究報告中，來自哥倫比亞大學等機構的科學家們通過研究描述了CRISPR基因編輯技術對人類胚胎中基因進行編輯後所出現的意想不到的不良結果。
對人類胚胎中致病基因突變的修正或許有望減少人類遺傳性疾病的負擔，並能改善攜帶致病性突變夫婦的生育療法（以此能代替對胚胎的選擇），這項研究中，研究人員評估了在父源性染色體EYS位點上引入Cas9誘導的雙鏈斷裂（DSB）所產生的修復結果，EYS位點攜帶有一種會誘發失明的移碼突變（frameshift mutation），研究者發現，最常見的修復結局都是微同源性介導的末端連接，而該過程發生在胚胎發育的第一個細胞周期中，其會導致胚胎出現讀碼閱讀框的非鑲嵌型修復，而值得注意的是，大約一半的斷裂並不會被修復，從而就會產生未檢測到的父源性等位基因的出現，且會在優勢分裂後失去一條或兩條染色體臂。相應地，Cas9脫靶的斷裂則會導致染色體丟失及半合子不整合的出現（因為兩個等位基因發生了斷裂），相關研究結果揭示了科學家操控染色體內容物的能力，同時也提出了修正人類胚胎中突變所面臨的重大挑戰。
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這是迄今為止分析CRISPR修飾對人類胚胎所產生影響的最詳細的一項分析研究，研究者表示，在人類胚胎的早期發育階段應用CRISPR技術來修復致盲基因通常會消除整個染色體或染色體的一大部分。Dieter Egli教授說道，CRISPR/Cas9技術或許目前還不能很好地應用於臨床中用於糾正人類胚胎早期發育階段所出現的突變。近些年來，該技術給分子生物學研究領域帶來了革命性的變革，而且其發現者也獲得了2020年的諾貝爾化學獎，目前CRISPR/Cas9技術能幫助科學家們對胚胎中的細胞、活體組織和動物胚胎的基因組進行精確地編輯。
2015年科學家們首次報導了CRISPR技術在人類胚胎中的使用情況，而就在隨後的2018年，賀建奎聲稱在中國的一對雙胞胎中進行了CRISPR技術的應用，隨機引起了全球科學家和政府官員的強烈譴責。這項研究中，研究者Egli及其同事分析了CRISPR/Cas9基因編輯技術對攜帶EYS（(eyes shut homolog)）基因突變的早期人類胚胎所產生的影響效應，該基因會引發遺傳性失明。研究者說道，此前我們對分化的人類細胞和小鼠進行研究發現，DNA的斷裂往往會產生兩種結局，即精確修復或微小的局部改變；在EYS基因中，這些改變會產生一種功能性基因，儘管其並不算是一種完美的修復。
當研究人員觀察分析修飾後胚胎的整個基因組變化時，他們發現另外一個結果，即在人類胚胎細胞中，DNA的單一斷裂會產生第三種後果，即整個染色體的缺失或染色體大片段的缺失，而這種染色體的丟失狀況是非常頻繁的。2017年，一項研究報導了科學家們利用CRISPR技術對正常胚胎中的心臟病致病性突變進行了成功修復，然而來自本文研究的完整數據則提出了不同的解釋，攜帶突變的染色體不僅沒有被修正，反而可能已經完全丟失了。
最後研究者Egli說道，如果我們的研究結果早在兩年前就被知道的話，我懷疑會有人在臨床試驗中繼續嘗試利用CRISPR技術來編輯人類胚胎中的基因，我們希望這些謹慎的研究發現應該阻止這項重要技術（CRISPR技術）在臨床中被過早盲目的使用，但該技術卻能幫助科學家們進行嚴謹的研究從而實現該技術能被安全且有效地使用。（生物谷Bioon.com）
參考資料：
【1】Michael V.Zuccaro，Jia Xu，Carl Mitchell， et al. Allele-Specific Chromosome Removal after Cas9 Cleavage in Human Embryos， Cell (2020) doi：10.1016/j.cell.2020.10.025
【2】Study identifies pitfall for correcting mutations in human embryos with CRISPR
by Columbia University Irving Medical Center